C++之extern关键字

extern关键字

extern

extern关键字的作用就是告诉编译器，它修饰的变量或者函数在别处定义。

extern "C"

代码一：

cppExample.h

#ifndef __CPP_EXAMPLE_H__
#define __CPP_EXAMPLE_H__

// int add(int x, int y);
#ifdef __cplusplus
extern "C" int add(int x, int y);
#endif

#endif

cppExample.cpp

#include "cppExample.h"
int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

编译：g++ -c ./cppExample.cpp

执行命令：nm ./cppExample.o

结果：

可以看到对add函数的编译没有做函数名处理。

代码二：

cppExample.h

#ifndef __CPP_EXAMPLE_H__
#define __CPP_EXAMPLE_H__

int add(int x, int y);
#ifdef __cplusplus
// extern "C" int add(int x, int y);
#endif

#endif

cppExample.cpp未改动

编译：g++ -c ./cppExample.cpp

执行命令：nm ./cppExample.cpp

结果：

可以看到编译过程对函数名进行了处理。

结论：

1、extern "C" 修饰的函数，通过C++ 编译器，不会对它进行函数名处理，也就是保持原来的函数名。

2、g++编译器默认包含了宏定义__cplusplus（不知道对不对，不过事实如此）。

那我们就能知道，如果C++的库要想被C代码引用，那么编译的使用就需要在头文件中加入extern "C"修改函数声明。

C引用C++代码

cppExample.h

#ifndef __CPP_EXAMPLE_H__
#define __CPP_EXAMPLE_H__

// int add(int x, int y);
#ifdef __cplusplus
extern "C" int add(int x, int y);
#endif

#endif

cppExample.cpp

#include "cppExample.h"
int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

cFile.c

#include <stdio.h>

// #include "cppExample.h"
extern int add(int x, int y);

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("%d\n", add(, ));

    return ;
}

编译：g++ -c ./cppExample.cpp

生成：cppExample.o

编译：gcc -o cFile ./cFile.c ./cppExample.o -lstdc++

生成：cFile

执行：./cFile

输出：5

注意：编译C引用了C++文件时需要引用库stdc++。

C文件中注释掉的一个头文件，下面参考的那篇文章说不能引用，只需要添加extern int add(int x, int y);就可以了，引用头文件会出错，但是我自己动手实验的只引用头文件却没有出错。而且我使用了-E选项看了一下预处理文件，但是里面没有包含头文件中的add函数声明。但是那就相当于add函数没有声明，却在main函数中使用了，也没有出错，这是为什么呢？难道跟C的语法有关，或者是不同规范的C语法造成的。不过怎么解释，我都说服不了自己。此处是个问题，以后再考虑。

C++引用C代码：

cExample.h

extern int add(int x, int y);

cExample.c

#include "cExample.h"

int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

cppFile.cpp

#include <iostream>

extern "C"{
#include "cExample.h"
}
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    cout << add(, ) << endl;

    return ;
}

编译：gcc -c ./cExample.c

生成：cExample.o

编译：g++ -o cppFile ./cppFile.cpp ./cExample.o

生成：cppFile

运行：./cppFile

输出：5

注意：C++引用C代码时，引用C头文件的语句需被extern包括才行。如果不加则会导致编译错误：找不到add函数的定义

结论：extern的作用是声明的变量或函数在文件外是可见的即作用域大于文件。但是默认变量或者函数的作用域就是全局的，那么为什么还要使用extern关键字呢。这也是我以前的疑惑之处，要弄明白这个就需要知道编译器的工作方式。一般编译时是按文件进行分别编译的，编译过之后由链接器进行链接，然后才成为可执行程序（当然中间还有别的步骤）。

编译的时候各个文件中定义的全局变量在别的文件中是不可见的。也就是说编译时，全局变量的作用域限制在文件内部。

假如a、b文件中都定义全局变量i，那边编译阶段是不会出问题的，因为a中的i和b中的i是互不可见的，但是在链接阶段各个文件的内容是被合并到一起的，因此定义于某个文件中的全局变量它的作用域从编译到链接后，由文件作用域扩展到程序的全局作用域中，在全局中都是可见的。那么如果a、b文件中定义了相同的变量，则会在链接阶段出错。

这么一来，如果在某个文件中定义了一个全局变量，在程序的其他地方就可以修改。

例如：

a.c

int i = ;

b.c

i = ;

如果只是这么写，那么明显是编译不过的，因为i的作用域在程序全局可见是在链接阶段，在编译阶段i是限制在a.c文件内部的，所以编译不过。

那我们又想在b.c中使用到a.c中的i，该怎么办呢？extern关键字就是做这件事的。

extern关键字修改的变量表示该变量在别处定义。

总结：

extern的用法，因为变量和函数默认都是extern（全局可见的），因此提供方定义全局变量或函数供别人使用时，可选添加extern关键字，使用方使用时，如果使用外部的全局变量，则需要使用extern 声明，但是不能初始化，如果初始化则为定义，会出现变量重名冲突。外部使用函数时，一般使用#include包含头文件来处理，当然不包含头文件而使用extern声明函数也是一样的。但是有一个隐患（如果提供方修改函数定义，那么使用到的地方都得相应的修改，否则找不到函数定义，建议使用#include包含的方式）。

百度百科：extern

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参考：http://www.cppblog.com/macaulish/archive/2008/06/17/53689.html

1.引言

　　C++语言的创建初衷是“a better C”，但是这并不意味着C++中类似C语言的全局变量和函数所采用的编译和连接方式与C语言完全相同。作为一种欲与C兼容的语言，C++保留了一部分过程式语言的特点（被世人称为“不彻底地面向对象”），因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是，C++毕竟是一种面向对象的程序设计语言，为了支持函数的重载，C++对全局函数的处理方式与C有明显的不同。
　　2.从标准头文件说起

　　某企业曾经给出如下的一道面试题：

　　面试题
　　为什么标准头文件都有类似以下的结构？

#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 
/*...*/ 
#ifdef __cplusplus
}
#endif 
#endif /* __INCvxWorksh */

　　分析
　　显然，头文件中的编译宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止该头文件被重复引用。

　　那么

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 
#ifdef __cplusplus
}
#endif

　　的作用又是什么呢？我们将在下文一一道来。
 
　　3.深层揭密extern "C"

　　extern "C" 包含双重含义，从字面上即可得到：首先，被它修饰的目标是“extern”的；其次，被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。

　　被extern "C"限定的函数或变量是extern类型的；

　　extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围（可见性）的关键字，该关键字告诉编译器，其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住，下列语句：

　　extern int a;

　　仅仅是一个变量的声明，其并不是在定义变量a，并未为a分配内存空间。变量a在所有模块中作为一种全局变量只能被定义一次，否则会出现连接错误。

　　通常，在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字extern声明。例如，如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样，模块B中调用模块A中的函数时，在编译阶段，模块B虽然找不到该函数，但是并不会报错；它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。

　　与extern对应的关键字是static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此，一个函数或变量只可能被本模块使用时，其不可能被extern “C”修饰。

　　被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的；

　　未加extern “C”声明时的编译方式

　　首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。

　　作为一种面向对象的语言，C++支持函数重载，而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如，假设某个函数的原型为：

void foo( int x, int y );

　　该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为“mangled name”）。

　　_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息，C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如，在C++中，函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的，后者为_foo_int_float。
　　同样地，C++中的变量除支持局部变量外，还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名，我们以"."来区分。而本质上，编译器在进行编译时，与函数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。

　　未加extern "C"声明时的连接方式

　　假设在C++中，模块A的头文件如下：

// 模块A头文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif

　　在模块B中引用该函数：

// 模块B实现文件　moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(2,3);

　　实际上，在连接阶段，连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号！

　　加extern "C"声明后的编译和连接方式

　　加extern "C"声明后，模块A的头文件变为：

// 模块A头文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif

　　在模块B的实现文件中仍然调用foo( 2,3 )，其结果是：

　　（1）模块A编译生成foo的目标代码时，没有对其名字进行特殊处理，采用了C语言的方式；

　　（2）连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时，寻找的是未经修改的符号名_foo。

　　如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型，而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，则模块B找不到模块A中的函数；反之亦然。

　　所以，可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的（任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时，不能只停留在这个语言是怎么做的，还要问一问它为什么要这么做，动机是什么，这样我们可以更深入地理解许多问题）：
　　实现C++与C及其它语言的混合编程。
　　明白了C++中extern "C"的设立动机，我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。
　　4.extern "C"的惯用法

　　（1）在C++中引用C语言中的函数和变量，在包含C语言头文件（假设为cExample.h）时，需进行下列处理：

extern "C"
{
#include "cExample.h"
}

　　而在C语言的头文件中，对其外部函数只能指定为extern类型，C语言中不支持extern "C"声明，在.c文件中包含了extern "C"时会出现编译语法错误。

　　笔者编写的C++引用C函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

/* c语言头文件：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);
#endif
/* c语言实现文件：cExample.c */
#include "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
// c++实现文件，调用add：cppFile.cpp
extern "C" 
{
#include "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[])
{
add(2,3); 
return 0;
}

　　如果C++调用一个C语言编写的.DLL时，当包括.DLL的头文件或声明接口函数时，应加extern "C" {　}。

　　（2）在C中引用C++语言中的函数和变量时，C++的头文件需添加extern "C"，但是在C语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件，应该仅将C文件中将C++中定义的extern "C"函数声明为extern类型。
　　笔者编写的C引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

//C++头文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
//C++实现文件 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
/* C实现文件 cFile.c
/* 这样会编译出错：#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main( int argc, char* argv[] )
{
add( 2, 3 ); 
return 0;
}

　　如果深入理解了第3节中所阐述的extern "C"在编译和连接阶段发挥的作用，就能真正理解本节所阐述的从C++引用C函数和C引用C++函数的惯用法。对第4节给出的示例代码，需要特别留意各个细节。